一种囊式碳环密封的制作方法

技术领域：

本发明属于密封技术领域，尤其涉及一种囊式碳环密封。

背景技术：
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碳环密封由于安装便捷，密封性好，维护检修简单，不需复杂的润滑、冷却等外系统，广泛应用于汽轮机、通风机、鼓风机、压缩机、离心机和trt及煤气加压站风机等轴封。碳环密封属于浮动密封的一种，因其材质为碳石墨而得名。碳环密封为浮环密封气体节流式非接触密封，它的密封原理是靠密封气体在浮环与轴套之间形成气膜，产生节流降压，阻止高压侧气体流向低压侧。根据轴承油膜原理可知，如浮环与轴完全同心，则不会产生气膜浮力，如浮环与轴偏心，则轴转动时将会产生气膜浮力，该浮力使浮环浮起而使偏心减小，当偏心减小到一定程度时产生的浮力正好与浮环重量相等，便达到了动态平衡。由于浮环的轻质量，因此动态平衡的偏心是很小的，即浮环会自动与轴基本保持同心，避免轴和浮环的磨损，此为浮环密封的优点。

正常工作情况下，浮环与轴或轴套基本处于非接触状态，随着压缩机等设备规格越来越大，作为轴封的碳环的尺寸也不断加大，重量越来越重，因气体具可压缩性，碳环与轴间间隙很小，尤其是在低压状态下对碳环能产生的浮力有限，因此如何减轻碳环重量，形成气体涡流隔断介质气体，达到密封目的已成为亟待解决的问题。

技术实现要素：
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针对现有技术存在的问题，本发明提供一种能减轻碳环重量、密封效果更好、运行更稳定的囊式碳环密封。

本发明采用如下技术方案：提供一种囊式碳环密封，包括密封腔体、多个碳环组件和轴套，所述碳环组件安装于所述密封腔体内，所述密封腔体安装在设备密封腔内，所述碳环组件套装在所述轴套上，每一所述碳环组件的碳环内孔凹设有至少一排沿碳环内孔的孔圆周均匀排布的囊孔。

所述囊孔的轴线垂直相交于所述碳环组件中碳环的轴线；或所述囊孔顺时针方向或逆时针方向倾斜设置，即以所述囊孔的轴线在垂直相交于所述碳环的轴线时所在的直线为基准线，所述囊孔的轴线与所述基准线之间存在相同夹角，所述夹角的取值范围为大于0°小于45°。所述囊孔的内部空间为水滴形、圆柱形、顶面为球面的圆柱形、圆锥形、半球形、圆台形、圆球形或圆台与圆锥组合而成，即所述圆台的较大直径的底面与所述圆锥的底面相贴合后形成的形状。

所述密封腔体内设有多个环形凹槽，所述多个碳环组件对应安装于所述多个环形凹槽内，所述密封腔体为剖分式结构，包括上密封腔体和下密封腔体，所述上密封腔体和所述下密封腔体通过定位销和螺栓固定连接；

进一步地，每一所述碳环组件包括分瓣式碳环、拉簧和定位片，所述分瓣式碳环为三瓣式结构，其中一瓣碳环上设有碳环卡槽，所述定位片一端位于所述碳环卡槽内，另一端固定在所述密封腔体的定位卡槽内，且所述定位片上设有通孔，所述拉簧穿过所述通孔捆扎在所述分瓣式碳环的外圆，将所述分瓣式碳环扎紧。

或所述密封腔体为整体式结构，包括整体式密封腔和密封后盖，所述整体式密封腔与所述密封后盖通过螺栓固定连接；

进一步地，每一所述碳环组件包括摩擦环和整体式碳环，所述整体式碳环的高压侧设置有弹簧，所述整体式碳环收容在所述摩擦环内，使所述弹簧位于所述摩擦环与所述整体式碳环之间，所述摩擦环上设置有防转销，所述整体式碳环设有供所述防转销插入的凹槽，所述防转销对应插入所述凹槽中，以阻挡所述整体式碳环随轴转动。

每一所述碳环组件的碳环内孔的圆周上设有环形凹槽，所述环形凹槽的个数与所述碳环组件上囊孔的排数对应，所述环形凹槽和与其对应的所述一排囊孔相通。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果：

本发明的碳环组件的碳环内孔均凹设有至少一排沿碳环内孔的孔圆周均匀排布的囊孔，减轻了碳环重量，适合大尺寸碳环密封，尤其在大型低压工况，浮动性更好，可防止因碳环过重浮动性差而磨轴，进而影响设备主轴的稳定性；因所述囊孔是沿碳环内孔的圆周均匀设置，所以产生的气体涡流沿轴向旋转趋势减弱，可防止激震现象产生；所述囊孔内形成的气体涡流可隔断介质气体，进一步地，当所述囊孔为朝着顺时针方向或逆时针方向倾斜设置时，即与轴旋转方向一致时，气体涡流更容易进入到所述囊孔内，密封效果更好。

附图说明：

图1为本发明的一实施例提供的囊式碳环密封的主视图；

图2为图1所示的囊式碳环密封a-a剖视图；

图3为图2所示的碳环组件中分瓣式碳环的主视图；

图4为图3所示的分瓣式碳环b-b剖视图；

图5为本发明的碳环内孔上囊孔朝逆时针方向倾斜设置的结构示意图；

图6为本发明的另一实施例提供的囊式碳环密封的结构示意图；

图7为本发明的碳环的囊孔内部空间为水滴形的结构示意图；

图8为本发明的碳环的囊孔内部空间为圆柱形的结构示意图；

图9为本发明的碳环的囊孔内部空间为顶面是球面的圆柱形的结构示意图；

图10为本发明的碳环的囊孔内部空间为圆锥形的结构示意图；

图11为本发明的碳环的囊孔内部空间为半球形的结构示意图；

图12为本发明的碳环的囊孔内部空间为圆台形的结构示意图；

图13为本发明的碳环的囊孔内部空间为圆台与圆锥组合而成的形状的结构示意图；

图14为本发明的碳环的囊孔内部空间为球形的结构示意图；

图15为本发明的碳环的囊孔为双排，囊孔内部空间为圆柱形的结构示意图；

图中：1-定位片；2-拉簧；3-轴套；4-分瓣式碳环；5-密封腔体；6-下密封腔体；7-定位销；8-螺栓；9-上密封腔体，10-囊孔，11-碳环卡槽，12-整体式密封腔，13-密封后盖，14-摩擦环，15-弹簧，16-整体式碳环，17-防转销，18-环形凹槽。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明提供一种囊式碳环密封，包括密封腔5，多个碳环组件和轴套3。所述密封腔体5为剖分式结构，包括上密封腔体9和下密封腔体6，所述上密封腔体9和所述下密封腔体6通过定位销7和螺栓8固定连接，所述密封腔体5内设有多个环形凹槽，所述碳环组件安装于所述环形凹槽内，所述密封腔体5安装在设备密封腔内，所述碳环组件套装在所述轴套3上。如图2、图3和图4所示，每一所述碳环组件包括分瓣式碳环4、拉簧2和定位片1，所述分瓣式碳环4为三瓣式结构，其中一瓣碳环上设有碳环卡槽11，所述定位片1一端位于所述碳环卡槽11内，另一端固定在所述密封腔体5的定位卡槽内，且所述定位片1上设有通孔，所述拉簧2穿过所述通孔捆扎在所述分瓣式碳环4的外圆，具体地，所述拉簧2收容在所述分瓣式碳环4外圆上的凹槽内，将所述分瓣式碳环4扎紧为一个整圆。

如图3和图4所示，每一所述分辨式碳环4内孔均凹设有一排沿所述分瓣式碳环4内孔的孔圆周均匀分布的囊孔10，根据具体工况，如压力、转速等来确定所述一排囊孔10均布的个数、所述囊孔10的深度、孔径的大小；进一步地，为了尽可能的减小直通效应，每一所述碳环组件的碳环内孔的孔圆周上设有与所述一排囊孔10对应的环形凹槽18，所述环形凹槽18与所述一排囊孔10相通。所述囊孔10的轴线垂直相交于所述分瓣式碳环4轴线，所述囊孔10的内部空间为水滴形，可参见图7。

进一步地，在其他实施例中，每一所述碳环内孔的孔圆周均凹设有至少一排所述囊孔10，所述囊孔10的个数、大小及深度根据具体工况，如压力、转速等确定，囊孔10的排数视碳环厚度确定。每一所述分瓣式碳环4内孔的孔圆周设有径向凹陷的环形凹槽18的个数与其上囊孔10的排数对应，如图15所示，所述分瓣式碳环4上的囊孔10为双排，对应的环形凹槽18为并列的两个。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于所述囊孔10的内部空间为圆柱形，如图8所示。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于所述囊孔10的内部空间为顶面为球面的圆柱形，如图9所示。

实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于所述囊孔10的内部空间为圆锥形，如图10所示。

实施例5：

本实施例与实施例1的区别在于所述囊孔10的内部空间为半球形，如图11所示。

实施例6：

本实施例与实施例1的区别在于所述囊孔10的内部空间为圆台形，如图12所示。

实施例7：

本实施例与实施例1的区别在于所述囊孔10的内部空间为圆台与圆锥组合而成，即所述圆台的较大直径的底面与所述圆锥的底面相贴合后形成的形状，如图13所示。

实施例8：

本实施例与实施例1的区别在于所述囊孔10的内部空间为圆球形，如图14所示。

进一步地，实施例1中的囊孔10在其他实施例中可以是朝着顺时针方向或逆时针方向倾斜设置，即以所述囊孔10的轴线在垂直相交于所述分瓣式碳环4的轴线时所在的直线为基准线，所述囊孔10的轴线与所述基准线之间存在相同夹角所述夹角的取值范围为大于0°小于45°，具体参见下述的实施例9。

实施例9：

如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于所述囊孔10朝逆时针方向倾斜设置，所述囊孔10的轴线与所述基准线之间的夹角为35°，35°为优选值；所述囊孔10的内部空间为圆柱形。所述囊孔10的内部空间也可以是水滴形、顶面为球面的圆柱形、圆锥形、半球形、圆台形或圆台与圆锥组合而成，即所述圆台的较大直径的底面与所述圆锥的底面相贴合后形成的形状。

实施例10：

本实施例与实施例1的区别在于：如图6所示，所述密封腔体5为整体式，包括整体式密封腔12和密封后盖13，所述整体式密封腔12与所述密封后盖13通过螺栓8固定连接，所述多个碳环组件并列安装在所述整体式密封腔12内，并套装在所述轴套3上，每一所述碳环组件包括摩擦环14和整体式碳环16，所述整体式碳环16的高压侧设置有弹簧15，所述整体式碳环16收容在所述摩擦环14内，使所述弹簧15位于所述摩擦环14与所述整体式碳环16之间，所述摩擦环14上设置有防转销，所述整体式碳环16设有供所述防转销插入的凹槽，所述防转销对应插入所述凹槽中，以阻挡所述整体式碳环16随轴转动。所述弹簧15为塔簧，所述弹簧15用于使所述碳环组件中的整体式碳环16与相邻的所述碳环组件中的摩擦环14紧密接触，防止气体从中漏出。所述整体式碳环16为整体石墨式，即由一整块石墨加工而成；或石墨镶嵌式，即所述整体式碳环16内部为石墨、外层为金属，所述金属为钛金属。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。